4.1.3 子网划分技术（课件） -《计算机网络技术基础》同步教学(上海交通大学出版社)

计算机网络技术基础 LOREM IPSUM DOLOR TCP/IP协议簇 第四章 章节导读 不同的厂家生产的计算机运行的操作系统可能完全不同，却因为有了TCP/IP协议簇而能够进行相互通信。TCP/IP协议簇包含很多协议，其中最核心的3个协议是网际协议（internet protocol，IP）、传输控制协议（transmission control protocol，TCP）和用户数据报协议（user datagram protocol，UDP）。 本章就来介绍这3个较核心的协议，以及地址解析协议（address resolution protocol，ARP）和网际控制报文协议（internet control message protocol，ICMP）。 3 学 习 目 标 掌握IP数据报的格式。 掌握IPv4地址的结构和分类。 掌握TCP传输连接的建立和释放过程。 理解子网掩码的概念，掌握子网划分的方法。 理解地址解析协议ARP和网际控制报文协议ICMP的工作原理和应用。 了解IPv6地址的结构和特点。 掌握UDP的概念、特点、端口号分配和数据报格式。 掌握TCP的概念、特点、端口号分配和数据报格式。 掌握TCP传输连接的建立和释放过程。 4 4.1 网际协议IP 4.1.3 子网划分技术 在实际使用过程中，许多单位会把单一网络划分为多个物理网络，并使用路由器将它们连接起来，如图4-5所示。这些物理网络通称为子网，这种操作方法称为子网划分。 子网 1 图4-5 子网划分 5 4.1 网际协议IP 划分子网的好处有很多，主要体现在以下3个方面。 充分利用IP地址：由于A类网和B类网的地址空间太大，致使在不使用路由设备的单一网络中无法使用全部地址。因此，为了能更有效地使用地址空间，有必要把可用地址分配给更多较小的网络。 易于管理网络：当一个网络被划分为多个子网时，每个子网变得易于控制，管理变得简单，减轻了大型网络的管理难度。 提高网络性能：将一个大型的网络划分为若干个子网，其中的路由器设备可以把不同的子网隔离开来。同一子网中的主机之间只能在各自的子网中进行广播和通信，不会转到其他子网中。另外，用路由器隔离还可以将网络分为内外两个子网，限制外部网络用户对内部网络的访问，从而提高内部子网的安全性。 4.1 网际协议IP 划分子网的方法 2 对于标准的A类、B类和C类地址来说，它们只具有网络号和主机号两层结构。为了划分子网，可以将其主机号分为两个部分，其中一部分用于子网号的编制，剩余部分用于主机号的编制。这样就形成了一个三层结构，即网络号、子网号和主机号，如图4-6所示。 图4-6 IP地址的三层结构 4.1 网际协议IP 子网号的位数取决于组网的实际需要：子网号所占的比特位越多，则可以分配给主机的位数就越少。也就是说，在一个子网中所包含的主机就少。 （1）假设当前主机号有M位，向主机位部分借用n位来划分子网，则可以划分出2n个子网。反之，知道所需网络数，也可以计算出所需借用的主机位位数。 （2）假设当前主机号有M位，划分子网后主机位有m位，则最多可容纳主机数量为2m-2台。反之，知道子网中的主机数量，也可以计算出所需主机位数。用当前主机位M减去划分子网后的m位，即可得到需借用的主机位位数。 4.1 网际协议IP 提 示 如果网络不是无类别域间路由（CIDR）的环境，则必须去除全0和全1的子网号，因此只能划分出2n-2个子网，每个子网中最多容纳2m-n-2台主机。 例如，将一个C类网络203.66.77.0划分为4个子网，那么需要借用3位主机位作为子网号，每个子网可以容纳25-2=30台主机。 又例如，一个B类网络172.17.0.0，将主机号的前8位作为子网号，另外8位作为主机号，那么这个B类网络就被分为28-2=254个子网，每个子网可以容纳28-2=254台主机。 4.1 网际协议IP 子网掩码 3 图4-7中给出了两个B类IP地址，这两个IP地址从外观上没有任何差别，那么应该如何区分这两个地址呢？这就要用到子网掩码。 图4-7 使用子网划分和未使用子网划分的IP地址 子网掩码（或称子网屏蔽码）与IP地址相同，也是一个32位的二进制数。对于子网掩码的取值，通常是将对应于IP地址中网络地址（网络号和子网号）的所有位设置为“1”，对应于主机地址（主机号）的所有位都设置为“0”。 子网掩码有两种表示方法，一是“点分十进制”表示法，二是网络前缀标记法。 （1）“点分十进制”表示法与IP地址中相同。 （2）子网号是从IP地址高字节以连续方式选取的，即从左到右连续地取若干位作为网络号。因此，可用网络地址（网络号和子网号）的位数来表示子网掩码，形式为“/<网络地址位数